基于单片机的短信收发系统设计――硬件设计论文

基于单片机的短信收发系统设计――硬件设计论文内容摘要：

可以随时发送短消息，可以说是 24小时在线。 另外，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有收到的短消息临时存储，只要提交短消息时间有效期设置恰当， 4 等到再开机后仍然可以接收此短消息。 (4)多种数据承载能力。 短消息服务有三种模式 :块模式、文本模式和 PDU （ Protocol Description Unit）模式。 其中， PDU模式时下最为流行，它可以传输文字、声音及图像，特别是现在彩信的出现使人们可以 传输彩色照片。 随着短消息协议的发展，短消息将来能支持更多样化的数据。 短消息的这些优点是目前很多无线网络通讯所不能及的。 短消息业务获得了巨大的成功，但其也存在一些弊端与不足之处，主要体现在三个方面 [6]： (1)短消息服务中心处理能力不够，每秒只能处理几百条短消息。 特别在各个节日，像春节、元旦等，短消息业务量急速上升，存在着很长的延时，严重时短消息中心发生阻塞，服务质量下降。 (2)每条短消息长度有限。 超过 140个字节的短消息则需拆分成多条消息子段传输，增加了服务的成本，并且不利于收信者的查看。 (3)垃圾 短信泛滥，对人们的正常生活造成一定影响。 短信息技术分析 [7] AT(Attention)指令集 单片机与 TC35模块通信是通过 AT指令。 由 AT指令可以进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。 AT指令集中有多套指令，包括呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息命令、补充业务命令、数据命令、传真命令、串口控制命令。 本系统中只涉及到短消息和串口的命令控制。 一般的 AT命令都由 AT开头，除了发送短消息最后是以 Ctrl+Z结束外，其余的都是以 回车符 CR结束的。 响应形式都是 CRLFresponseCRLF。 下 表 1列 出了 AT命令的语法规则 [8]。 表 1 AT命令的语法规则 类型 格式 功能 测试命令 AT+CXXX=? 模块返回由相应命令或内部处理设置的参数和值范围列表 读命令 AT+CXXX? 模块返回当前设置的参数或参数值 写命令 AT+CXXX=?„ 模块返回用户定义的参数值 执行命令 AT+CXXX 读取在 GSM 内部处理器的不变参数 5 单片机通过串行接口直接向 TC35模块发 AT命令，能完成多种功能。 如网 络登录读取SIM卡上的电话号码、发送 SMS消息、接收 SMS消息等。 这样就可以方便简洁地实现短消息的收发、查询和管理。 由于本设计只涉及短信开发，下面只 列出 与短消息相关的一些常用的 AT指令，如 表 2所示。 表 2 与短消息相关 AT指令 AT指令 功能 AT+CMGC 发出一条短消息命令 AT+CMGD 删除 SIM卡内存的短消息 AT+CMGF 选择短消息信息格式 :0PDU。 1文本 AT+CMGL 列出 SIM卡中的短消息 AT+CMGR 读短消息 AT+CMGS 发送短消息 AT+CMGW 向 SIM内存中写入待发的短消息 AT+CMSS 从 SIM内存中发送短消息 AT+CNMI 显示新收到的短消息 AT+CPMS 选择短消息内存 AT+CSCA 短消息中心地址 AT+CSMP 设置短消息文本模式参数 AT+CSMS 选择短消息服务 短消息模式及编码方式 3个模式，用于移动台和终端设备之间通过异步接口传送 SMS短消息。 主要分为 :Block模式、 Text模式和 PDU(Protocol Data Unit协议数据单元 )模式。 其中 Block模式已逐渐被 PDU模式所取代。 而 Text模式收发短信原理简单 ,程序实现起来比较容易 ,但其显著的缺点是只能收发英文信息而不能收发中文信息。 PDU模式则完全可以解决这个问题 ,通过 PDU编码的短消息内容不仅可以是英文而且也可以是中文 [7]。 PDU 模式下短消息采用了三种编码方式 ,即 7bit、 8bit 和 USC2 编码。 7Bit 编码用于收发普通的 ASCII 字符 (如英文字符 ),8Bit 编码通常用于收发数据消息 ,USC2 编码用 6 于收发 Unicode 字符 (如中文字符 ) [4]。 (1)7Bit 编码：先将 8bit 数据所有的最高 位去掉 ,形成 7bit 数据 ,接下来将第二个字节的最低位补充到第一个字节的最高位上 ,形成第一个新的 8bit 数据的字节 ,依次将下一 7bit 数据的后几位逐次移到前面，形成 8bit 数据。 该方式最大发送短消息的字符数为 160 个。 (2)8Bit编码：通常用于发送二进制数据 (0x00OxFF)信息，比如铃声、图片等。 每个字节按 16进制格式发送，接收方与发送方应协调一致。 如 0x86按十六进制格式为“ 86” ,实际发送“ 68”。 此模式最大发送字符数为 140个。 (3)Unicode编码： Unicode是统一字符编码标准，采用 双字节对字符进行编码，最大发送字符数为 70。 Unicode编码特点是所有的字符都是以两个字节表示，不仅中文使用两个字节表示，而且英文也使用两个字节表示。 一般的 PDU 编码由 A B C D E F G H I J K L M 十三项组成 [9]： A：短信息中心地址长度， 2 位十六进制数 (1字节 )。 B：短信息中心号码类型， 2 位十六进制数。 C：短信息中心号码， B+C的长度将由 A中的数据决定。 D：文件头字节， 2位十六进制数。 E：信息类型， 2位十六进制数。 F：被叫号码长度， 2位十六进制数。 G：被叫号码类型， 2位十六进制数，取值同 B。 H：被叫号码，长度由 F中的数据决定。 I：协议标识， 2位十六进制数。 J：数据编码方案， 2位十六进制数。 K：有效期， 2位十六进制数。 L：用户数据长度， 2位十六进制数。 M：用户数据，其长度由 L中的数据决定。 下面以发送的字符串是“ hello hello”为例 , PDU编码如下： 08 91 683108807105F0 04 0D C8 683199701352F6 00 00 40112150750321 0A E8329BFD4697D9EC37 PDU编码各组成部分的描述如下表 3所示。 7 表 3 PDU各组成部分说明 分段 说明 08 SMSC(Short Message Service Center短消息服务中心号码 )的长度 91 SMSC的地址类型 (91表示国际号码 ) 683108807105F0 服务中心号码 (实际号码是 8613800817500)。 由实际号码高位和低位交换后得到 ,由于服务中心号码是一个奇数(13),加入 F来补齐 8位 04 SMS DELIVER的第一个 8位，即 文件头字节 0D 发送号码的长度 C8 发送号码的地址类型 683199701352F6 被叫手机号码 ,编码类似服务中心 00 协议标识 00 数据编码方案 (00:表示 7bit编码 08:表示 UCS2编码 ) 40112150750321 时间邮戳 (消息到达短信中心的时间 ,即表示 20201112 05:57:30) 0A 用户数据长度 E8329BFD4697D9EC37 用户数据 3 系统硬件介绍及设计 在上面系统设计任务分析一节中，已对系统的整体硬件结构进行分析。 此处对硬件结构组成部分 TC35 通信模块电路、电源电路和单片机系统进行详细介 绍。 系统整体框图如上面图 2 所示。 系统电源电路 电源电路主要是由 L7805和 LM317这两个三端稳压电源模块构成的。 L7805将输入的直流电压稳压在 +5V，输出为整个单片机系统提供工作电压，保证单片机系统的正常工作。 LM317是个可调稳压器 ,它的可调范围是 + +37V,此处通过 1K和 输出电压为 +,输出连接到 ZIF(Zero Insertion Force)连接器的 15引脚，为 TC35模块提供稳定的电源。 电路如图 3所示。 8 图 3 供电电源电路 TC35 模块及 其外围电路介绍 TC35模块介绍 目前，市场上可供选择的 GSM 模块较多，国内已经开始使用的 GSM 模块有 Fal的 A2D 系列、 Wavee 的 WMO2 系列、 SIEMENS 的 TC3X 系列、爱立信的 DM10/DM20 系列、中兴的 ZXGM18 系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。 其中西门子的 TC35 系列模块性价比很高，并已经有国内的无线电设备入网证 [2]。 所以本设计选用的是西门子TC3X 系列的 TC35。 TC35模块是高性能通信模块，主要由 GSM基带处理器、 GSM射频模块、供电模块 (ASIC)、闪存、 ZIF连接器、天线接口六部分组成。 作为 TC35核心的基带处理器主要处理 GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。 它由一个混合了信号基带 IC，包括所有蜂窝系统模拟和数字功能的单个芯片组成，核心是 C166MCU处理器和数字信号处理器，用来控制模块内的各种信号的传输、转换、放大等处理过程。 GSM射频部分是一个单片收发器 SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器功能块组成，共同完成对射频信号的接收、发送等处理。 由于 GSM 模块电流变化非常大，空闲时电流小于 3mA，在通话期间电流最大可达到 2A，这就对供电电路提出了较高要求。 GSM模块电源 ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入电源电压 VBATT+进行稳压处理后供 GSM基带处理器和 GSM射频部分用。 GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压 VBATT+。 SRAM用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息 [10][11]。 TC35模块的 结构如图 4所示。 9 图 4 TC35模块结构图 TC35模块主要特点如下 表 4所示。 表 4 TC35主要特性表 特性 说明 支持业务 语音、数据、短消息、传真业务 电源 单电源，范围 频段 双频 900MHz、 1800MHz 发射功率 2W（ 900MHz）、 1W（ 1800MHz） 工作电流损耗 正常电流 270mA3OOmA、峰值电流 待机状态 10mA、省电状态 3mA. 短消息 支持 TEXT和 PDU模式 通讯接口 RS232（指令和数据双向传送） 串口通讯波特率 300bps230Kbps(自动波特率范围 ) SIM卡操作电压 3V/ SIM卡连接方式 外接 天线 由天线连接器连接外部天线 温度范围 工作温度： 200C至 +550C 储存温度： 300C至 +850C 外型尺寸 功能 电话簿功能、多方通话、漫游检测 SIEMENS GSM 模块 TC35 天线插 GSM 射频部分 FLASH GSM 基带处 理器 40 脚 ZIF 连 接 器 电源 ASIC 天线 10 TC35共有 40个引脚，通过一个 ZIF连接器引出。 这 40个引脚可以划分为 5类，即电源、数据输入 /输出、 SIM卡、音频接口和控制。 各引脚功能如 表 5所示 [6]。 表 5 TC35模块引脚功能表 分类 引脚号 引脚功能 电源 1－ 5 电源电压输入端 VBATT+ 6－ 10 地（ GND） 1 12 充电引脚 13 对外输出电压 (供外电路使用 ) 14 ACCU/TEMP接负温度系数的热敏电阻 SIM卡 24 CCIN 25 CCRST 26 CCIO, 27 CCCLK 28 CCVCC 29 CCGND 音频接口 33－ 40 语音接口、接电话手柄 控制 15 启动线 /IGT 30 RTC backup 31 Power down 32 SYNC 数据输入/输出 16 DSR0 17 /RING0 18 RXD0 19 TXD0 20 CTS0 21 RTS0 22 DTR0 23 DCD0 11 TC35模块外围电路 TC35 模块外围电路由 IGT(Ignition)启动电路、 SYNC(Synchronization)指示灯电路、 SIM (Subscriber Identification Module)卡电路组成。 (1)IGT 启动电路： 对 TC35模块的控制， IGT信号非常的重要 ，只有正确的 IGT信号才可以使 TC35模块正常的运行。 模块的时序 如图 5所示。 图 5 TC35启动时序图 启动时序图如。